Spectromètre RAMAN
L'effet Raman fut découvert simultanément en 1928 par Raman et Krishnan lors de l'étude de la diffusion de la lumière par les liquides et par Landsberg et Mandelstam dans des travaux sur les solides. Cet effet consiste en l'existence d'un spectre décalé en fréquence dans la lumière diffusée par un échantillon soumis à une source intense monochromatique. Ce spectre est caractéristique de l'échantillon étudié et provient des vibrations caractéristiques des atomes constituant l'échantillon observé.
La spectroscopie Raman constitue avec la spectroscopie infrarouge une des branches de la spectroscopie de vibration. Elle permet la caractérisation d'échantillons et diverses applications en analyse qualitative et quantitative. Les échantillons analysés ne nécessitent pas de préparation particulière et les solutions aqueuses (composées d'eau) peuvent être analysées simplement dans des cellules en verre.
Principe de l'effet Raman
Quand on irradie un échantillon composé de molécules identiques avec une source intense monochromatique (laser) dont les photons ont une énergie différente de celle qui correspond à une transition électronique ou vibrationnelle de ces molécules, il ne se produit aucune interaction particulière (l'échantillon est transparent) sauf pour une très faible proportion de ces molécules (environ un milliardième). Celles-ci interagissent en effet avec les photons incidents au cours de deux types de collisions [1] :
- les collisions élastiques sans échange d'énergie. Elles se traduisent par une simple diffusion du rayonnement incident dans une direction quelconque, sans changement de fréquence. Ce rayonnement intense constitue la raie de diffusion Rayleigh et dont la longueur d'onde est la même que celle de la source excitatrice.
- les collisions inélastiques pour lesquelles il y a eu échange d'énergie entre les photons incidents et les molécules. Dans ce cas, les molécules passent dans un état d'énergie transitoire appelé "état virtuel", avant d'émettre à leur tour de nouveaux photons à l'origine de l'effet Raman et qui sont utilisés pour analyser l'échantillon.
La spectroscopie Raman en criminalistique
La spectroscopie Raman et la spectroscopie infrarouge ont des domaines d’applications similaires et permettent d'identifier ou comparer rapidement toute sorte de composés. En criminalistique, la spectroscopie Raman permettra par exemple d'examiner : des fibres textiles, drogues, encres, explosifs, accélérateurs de feu, produits cosmétiques, résidus de poudre, peintures, pigments organiques ou minéraux... Le spectre obtenu pourra être comparé à des spectres de référence enregistrés dans une spectrothèque afin de caractériser ou d’identifier la substance inconnue.
[1] Analyse Chimique : Méthodes et Techniques Instrumentales, Francis Rouessac et Annick Rouessac, Dunod (2009).